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现代工业化进程中,人类越来越追求工业化的迅速发展和经济的快速增长,而忽视了环境的保护,向自然界水体排放了大量污水,超出了水体自净能力,引起严重的水体污染,不仅对生态环境带来了不可小觑的负面影响,而且对人类的生存和发展构成了严重的威胁,同时还会会造成有机物的浪费。废水中的有机化合物,如碳水化合物、脂肪酸和氨基酸,储存大量的化学能。染料废水具有毒性高、色度深、浓度高、碱性大等特点,属典型的高浓度难降解的工业有机废水。光催化燃料电池（Photocatalytic Fuel Cell,PFC）是一种在废水处理的同时产电的新型能源装置,在废水处理和能源回收方面引起了研究学者们的广泛关注。由于TiO2化学性质稳定、无毒、催化性效率高、抗腐蚀性强以及成本低廉等优点,目前多数研究以负载TiO2作为PFC光阳极,但TiO2光能利用率低,光生电子与空穴复合率高,使TiO2的应用受到了限制。本文旨在制备具有可见光响应的TiO2基修饰PFC阳极,通过对TiO2进行修饰,达到扩展其可见光响应波长,提高激发光利用率,降低光生电子和空穴的复合率,利用PFC在降解染料废水的同时产电,降低废水处理成本。制备了C-TiO2/Ti、Bi-TiO2/Ti和C,Bi-TiO2/Ti光阳极,以Cu2O/Cu电极为阴极,构成PFC,考察了其电化学性能和罗丹明B染料废水处理性能。具体研究内容和结论如下:1、修饰TiO2 PFC光阳极的制备及表征:采用葡萄糖和硝酸铋为掺杂源,通过溶胶-凝胶法制备了C-TiO2/Ti、Bi-TiO2/Ti和C,Bi-TiO2/Ti PFC光阳极,表征结果表明,C,Bi元素成功掺杂到了TiO2中。经过修饰的TiO2催化剂具有稳定的光电响应,C,Bi元素的掺杂有效抑制了TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变,抑制了晶粒的生长,并使得TiO2的禁带宽度变窄,间隙能降低,吸收带边发生明显的红移,且在可见光区具有强的光吸收。2、影响PFC性能的条件优化:包括修饰TiO2 PFC光阳极的制备条件优化及PFC染料处理条件优化。考察了光阳极的制备条件,如煅烧温度、煅烧时间和掺杂摩尔比以及罗丹明B初始浓度和pH值对PFC性能的影响。PFC阳极的最佳制备条件分别为:（1）C-Ti O2/Ti阳极:550°C下煅烧2h,掺杂原子摩尔比n（C:Ti）=0.067;（2）Bi-TiO2/Ti阳极:450°C下煅烧2h,掺杂原子摩尔比n（Bi:Ti）=0.042;（3）C,Bi-TiO2/Ti阳极:500°C下煅烧2 h,掺杂原子摩尔比n（C:Bi:Ti）=6.7:2.8:100。三种PFC处理罗丹明B的处理条件均为:罗丹明B初始浓度20 mg·L-1,溶液初始pH=7.0。3、不同光阳极PFC的性能比较:（1）C-TiO2/Ti光阳极PFC:Jsc为0.084 mA·cm-2,Voc为0.385 V,JVmax为5.91×10-33 mW·cm-2,FF为0.18,处理罗丹明B 90 min的脱色率为91.7%;（2）Bi-Ti O2/Ti光阳极PFC:Jsc为0.120 mA·cm-2,Voc为0.350 V,JVmax为2.32×10-3 mW·cm-2,FF为0.06,处理罗丹明B 90 min的脱色率为84.3%;（3）C,Bi-TiO2/Ti光阳极PFC:Jsc为0.126 mA·cm-2,Voc为0.540 V,JVmax为7.40×10-3mW·cm-2,FF为0.11,处理罗丹明B 90 min的脱色率为94.2%。由于C和Bi掺杂元素的协同作用,经过C,Bi元素共修饰的TiO2催化剂作为光阳极的PFC产电性能更优,光催化效率更高,稳定性也得到了提高。本本文通过对TiO2进行非金属和金属修饰,制备了具有可见光响应的TiO2基修饰PFC阳极,达到了扩展其可见光响应波长,提高激发光利用率的目的。本文的研究结果可为PFC相关研究提供一定的实验数据参考。